河南平原光電有限公司 (焦作 454001) 李紅義 劉菊花 郜 磊
以“××導引頭”零件內(nèi)罩為例,介紹蝶形零件尺寸的確定與現(xiàn)實檢測方式、方法。該零件材料為2A12-T4,尺寸精度要求為IT7~IT8級,形狀精度G級,零件最小壁厚為0.5 mm,其回轉中心為空間尺寸。零件的形狀及尺寸如圖1所示。
本零件由于精度較高,其尺寸控制主要靠數(shù)控車床精度完成,雖說程序經(jīng)過確認,但對刀誤差、刀具磨損、切削變形、表面粗糙度等影響,操作者無法自測,通常借助三坐標機間接測量,但這種方法耗時長、效率低。
通過對零件整體結構分析,在零件檢測方面要充分考慮以下四方面的因素:①零件球心位置及形位公差對檢測的影響。②球面半徑的測量方式。③檢測工裝精度的影響。④表面粗糙度的影響。
這里主要分析解決零件球心位置和球面半徑的確定與檢測。
(1)基準轉換帶來的誤差。零件的球面設計基準是球心,在圖樣中標注為空間尺寸,但是設計基準不能作為加工定位和檢測基準來用,所以球面的加工定位基準要進行轉換,轉換后,在X和Z方向就存在著定位誤差。
(2)定位面和定位孔的加工誤差。在任何加工中都存在加工誤差,特別是用于定位的面和孔都影響位置精度。
(3)加工中的對刀誤差影響球心的位置精度。在加工中確定一個球心的位置,在X和Z方向的對刀誤差直接影響球心位置精度。
(4)加工中的檢測誤差對球心位置精度影響。包括檢測方式、檢測器具、測量力、測量環(huán)境等。
(5)機床的幾何精度和定位精度以及重復定位精度對球心精度的影響。
(6)工裝的制造精度對加工精度的影響。
通過上述對球心位置精度影響的分析,在加工零件時,針對每項影響球心位置精度的因素,采取了以下技術措施:
(1)將球心的設計基準與加工定位基準進行合理轉換,轉換后的定位基準在精度上等于零件設計精度的1/3~1/2。
(2)用于定位基準的孔、面、邊、圓,要加工工藝性好,對刀方便、檢測準確、定位與夾緊安全可靠。在這里,我們把輔具外圓、端面及零件內(nèi)孔作為定位基準,定位輔具如圖2所示。
(3)首件在程序確認的前提下,利用刀具圓弧補償方法加工零件,記錄圖3中軸向尺寸Z,徑向尺寸X、φ140+0.063+0mm的實際尺寸,并以此為依據(jù),檢查、對比、調(diào)節(jié)對刀起點,以消除對刀時對零件尺寸的影響。
(4)在消除計量器具不確定度的前提下,要消除零件的接觸變形、視覺誤差及方法誤差。
(5)機床的幾何精度和定位精度可通過試車形狀簡單、方便直接測量的零件予以確認。
(6)工裝須經(jīng)過計量檢測,其形位公差要符合設計要求,必要時提供實際計量值。
圖 3
本零件由于加工批量較大,在同一批次零件加工時,刀尖圓弧的磨損會造成球面半徑的變化。在加工一個高精度的球形曲面時,球心的位置尺寸精度確定后,球面的半徑精度(或直徑精度)是加工中的一個難題,過程中的檢測采用了如圖4和圖5的檢測方法。
圖 4
分析影響球面半徑精度的因素有以下幾點:
(1)球形最大輪廓尺寸未超過半徑,無法采用直接測量的方式獲得實際尺寸,間接測量方式存在測量誤差。
圖 5
(2)零件外形的平行度、圓度和表面粗糙度對半徑的測量有較大的影響,要求作為檢測基準的端面應與球面軸線垂直。
(3)刀具磨損產(chǎn)生的誤差。刀具磨損會造成刀尖圓弧大小的變化,磨損量會直接復映在零件形狀上產(chǎn)生誤差,雖單件生產(chǎn)顯示不明顯,但對于批量生產(chǎn)必須考慮。
(4)檢測工裝、測量器具、接觸力產(chǎn)生的測量誤差。因零件壁厚只有0.5mm,測量時接觸力會造成零件彈性變形產(chǎn)生誤差。
(5)機床精度和成形軌跡產(chǎn)生的誤差。
(1)正確選擇和使用量具,查明產(chǎn)生誤差的原因,設法對其消除或減少,如控制接觸力、校正目測準確度、消除量具誤差和原理誤差等。
(2)調(diào)整零件相對位置或定位元件,按照均分誤差原理,多次檢測取平均值法,減少尺寸的分散范圍。
(3)人為地補償原始誤差,抵消工藝系統(tǒng)中的誤差,從而減小加工誤差,提高加工精度。
(4)消除接觸力變形誤差,檢測時可在零件檢測點附近架一百分表,力的大小會引起百分表讀數(shù)的變化,根據(jù)變化的大小判定用力的程度。
(5)采用試切法進行調(diào)整,對工件進行試切→測量→調(diào)整→再試切,直到達到圖樣精度為止。
零件完成后,利用間接測量法,使用圖4所示的檢具進行過程測量,以判定外徑R的正確與否。工裝制造時,主要要求兩個圓柱的圓度要好、直徑相等且事先測知,檢測板的開口其形狀尺寸也要求較高且事先測知。檢查時,使圓柱面與球形面接觸,用塊規(guī)測出圓柱與基準面的真值m(使用塊規(guī)時,用力要適度,或松、或緊都會影響到測量結果的準確性)。然后根據(jù)勾股定理,利用公式即可換算出圓弧半徑Rx的大小
(Rx+d/2)2=[(L-m-d-10)/2]2+(39-d/2)2
球形內(nèi)徑R或壁厚可利用滾珠和千分尺結合測量獲得,方法如圖5所示。檢測時,鋼珠的圓度要好且事先測知,用千分尺時,測量點盡可能在測量部位的法線方向,以符合阿貝原則。